Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема промышленных эмиссий и повышения устойчивости лесов к техногенному загрязнению является чрезвычайно важной в контексте глобальной и локальной экологической политики. Ослабление лесов вокруг промышленных центров, возникшее в 80-90-х годах прошлого века, отмечается по настоящее время, а среднемноголетняя ежегодная гибель лесов от промышленных выбросов в России составляет около 20 тыс. га (5,7 % от общего усыхания насаждений). Общая площадь лесов в нашей стране, подверженных воздействию промышленных выбросов, достигает 1,3 млн. га, из них доля насаждений с необратимыми и сильными повреждениями составляет 15-20 % [Гитарский, 2007]. При этом площадь ареалов техногенно-загрязненных земель вокруг промышленных объектов отмечается на территории всех федеральных округов и составляет около 18 млн. га [Большаков, 2006, О состоянии…, 2006].
В настоящее время в лесном отечественном законодательстве обращено внимание на проблемы загрязнения лесов (статья 51 Лесного кодекса Российской Федерации предусматривает охрану лесов от загрязнения; статья 55 – проведение санитарно-оздоровительных мероприятий, включая «очистку лесов от загрязнения»). Решение вопросов, связанных с предупреждением повреждения лесов техногенными загрязнениями и их реабилитацией, включено в состав подзаконных актов, регламентирующих разработку лесных планов субъекта Российской Федерации, инвентаризации и мониторинга лесов. В связи с этим, актуальны исследования по выявлению закономерностей влияния химических веществ на лесные экосистемы, развитию методов диагностики и комплексного мониторинга лесов при различных видах техногенного воздействия, научному обоснованию системы комплексных мероприятий по повышению устойчивости лесов в условиях техногенеза, взаимоувязанной с формирующимися новыми отношениями в лесном хозяйстве.
Цель и задачи исследований. Цель исследований состояла в разработке научно обоснованной системы мероприятий по сохранению, повышению устойчивости и реабилитации поврежденных промышленными выбросами сосновых лесов с учетом закономерностей процесса загрязнения и динамики экосистем в условиях аэротехногенного воздействия различной интенсивности.
Достижение поставленной цели осуществлялось решением следующих задач:
установить основные закономерности процесса загрязнения лесных экосистем промышленными выбросами;
исследовать реакции деревьев и древостоев сосны на действие выбросов и обосновать методологию оценки состояния сосняков в условиях промышленного загрязнения среды;
установить закономерности пространственного изменения сосновых насаждений под влиянием выбросов, разработать технологию наземного обследования и зонирования лесов по степени их ослабления;
изучить особенности роста и производительности сосновых насаждений, строения и формирования их надземной фитомассы и годичной продукции в условиях воздействия промышленных выбросов;
дать оценку сукцессионной динамике сосняков и изменению их восстановительного потенциала под действием промышленного загрязнения;
разработать основные принципы экологического нормирования аэротехногенного воздействия на леса и методологические подходы к определению допустимого уровня загрязнения атмосферы и почв лесных насаждений, а также техногенных выпадений на лесные экосистемы;
изучить влияние кислотных осадков на сосновые экосистемы и установить величины предельно допустимых нагрузок кислотообразующих соединений серы и азота для сосняков зоны хвойно-широколиственных лесов;
провести анализ и обобщить результаты собственных и привлеченных научных исследований для совершенствования лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение устойчивости и реабилитацию насаждений в очагах поражения лесов промышленными выбросами.
Научная новизна. Установлены закономерности полиэлементного загрязнения сосновых экосистем вокруг источников промышленных выбросов.
Выявлены особенности реакции ассимиляционных органов сосны на загрязнение, обоснованы критерии и методика оценки состояния сосняков, подверженных воздействию промышленных выбросов. Разработаны теоретические основы и система комплексного мониторинга лесов в условиях воздействия выбросов, сформулировано понятие очагов поражения лесов выбросами и создана их оригинальная классификация.
Установлены закономерности изменения роста деревьев, динамики таксационных показателей древостоев, формирования их надземной фитомассы, ее фракционного состава и годичной продукции под влиянием промышленного загрязнения.
Разработаны основные принципы и методология экологического нормирования аэротехногенного воздействия на леса, включая нормирование загрязнения атмосферного воздуха и лесных почв, воздействия кислотных осадков, техногенных выпадений в лесных экосистемах.
Предложены общая стратегия и основные принципы системы ведения лесного хозяйства в различных типах очагов поражения сосновых насаждений промышленными выбросами, обеспечивающие повышение устойчивости и реабилитацию ослабленных лесов.
Практическая ценность и внедрение результатов исследований. Результаты исследований автора использованы при: обследовании и оценке ослабленных промышленными выбросами насаждений и комплексном мониторинге лесов в Московской, Нижегородской, Новгородской областях и музее-заповеднике Л.Н. Толстого «Ясная Поляна»; разработке проектов организации лесного хозяйства в Дзержинском лесхозе и лесхозе ЗАТО «Арзамас-16»; оценке воздействия промышленных объектов на леса (карьеров по добыче фосфоритов в Воскресенском районе Московской обл., реконструкции цеха целлюлозы Братского ЛПК, Новгородской ГРЭС, Московского коксогазового завода, полигонов фосфогипса Воскресенского комбината минеральных удобрений); разработке экологических паспортов Воскресенского и Егорьевского районов Московской обл., рабочих проектов по лесобиологической рекультивации полигонов фосфогипса и отходов производства асбоцементного комбината г. Воскресенска Московской обл.; эколого-геохимической оценке загрязнения г. Дзержинска Нижегородской обл. и прилегающих территорий; внедрении технологии лесобиологической рекультивации полигонов фосфогипса в Воскресенском районе Московской обл. (патент РФ № 2186474, зарегистрирован в госреестре изобретений Российской Федерации 10.08.2002 г.).
Материалы диссертации использованы также при подготовке 8 нормативных технических документов, одобренных секциями НТС министерств и ведомств; материалов к ежегодным государственным докладам МПР России «О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации», экспертных заключений по переводу лесных земель в нелесные.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов подтверждается анализом многолетних репрезентативных данных, полученных с использованием научно-обоснованных методик исследований и апробированного приборного оборудования; применением современных математических методов, компьютерных технологий и пакетов прикладных программ обработки экспериментального материала, опытно-производственной проверкой полученных результатов и разработанных регламентирующих документов.
Личный вклад автора в полученные результаты. В основу диссертационной работы положены результаты 25-летних исследований, выполненных во ВНИИЛМ в составе научной тематики Гослесхоза СССР, Госкомлеса СССР, Рослесхоза, МПР России, Минпромнауки России лично автором, с его непосредственным участием или под его научным руководством. В качестве научного руководителя и ответственного исполнителя работ автор самостоятельно осуществлял постановку целей и задач исследований, выбор объектов, разработку программы и методики, обобщение, анализ и интерпретацию результатов исследований.
На защиту выносятся:
методы оценки уровня аэрального загрязнения лесов с использованием показателя дозовой нагрузки, вычисляемого как произведение измеренной подфакельной концентрации токсиканта и продолжительности ветров, дующих от источника выбросов в точку измерения, а также суммарного показателя загрязнения, определяемого в снеговом покрове или лесной подстилке;
закономерности трансформации загрязняющих веществ и изменения уровней техногенных нагрузок в лесных экосистемах;
комплекс показателей для оценки степени ослабления сосновых насаждений промышленными выбросами и методика их применения;
направленность обменных процессов у деревьев сосны на поддержание работоспособности фотосинтезирующих органов в ущерб приросту древесины как общая защитная реакция на аэротехногенное воздействие;
теоретически и экспериментально обоснованная система мероприятий по сохранению и реабилитации лесов в условиях аэротехногенного загрязнения;
принципы экологического нормирования аэротехногенного воздействия на лесные экосистемы, предусматривающие необходимость учета реакции наиболее чувствительных видов лесных растений или сообществ в естественных условиях местопроизрастания, зонально- типологических особенностей реакции лесов, изменчивости загрязнения атмосферы вокруг источника выбросов и их многокомпонентного состава.
Апробация работы. Основные теоретические положения работы и результаты исследований опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК, монографиях автора и докладывались на научно-технических конференциях молодых ученых ВНИИЛМ (1983, 1984, 1985, 1986), совещании «Влияние промышленного загрязнения на лесные экосистемы и мероприятия по повышению их устойчивости» (Литва, Каунас, 1984), научной конференции «Мониторинг лесных экосистем» (Литва, Каунас, 1986), международной конференции «Повреждение и восстановление лесов: глобальные и региональные последствия» (Польша, Краков, 1987), конференции «Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов» (Мытищи, МГУЛ, 1987), международной конференции «Ecological monitoring in forestry» (Усти над Лабой, ИЮФРО, 1989), всесоюзной научной конференции «Растения и промышленная среда» (Днепропетровск, 1990), 2-й всесоюзной научной конференции «Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов» (Мытищи, МГУЛ, 1990), совещании «Леса Русской равнины» (Москва, МИЛ РАН, 1993), научно-технической конференции «Охрана лесной экосистемы и рациональное использование лесных ресурсов» (Мытищи, МГУЛ, 1994), всероссийской конференции «Антропогенное изменение почв Севера в индустриально развитых регионах» (Апатиты, Кольский НЦ РАН, 1995), международной научной конференции к 285-летию со дня рождения М. В. Ломоносова (Архангельск, Архангельский центр РГО РАН,1996), международной научной конференции «Влияние атмосферного загрязнения, антропогенных и других природных факторов на дестабилизацию состояния лесов Центральной и Восточной Европы» (Мытищи, МГУЛ, 1996), всероссийском совещании «Устойчивое управление лесами и сохранение биологического разнообразия» (Пушкино, ВНИИЛМ, 1997), научной конференции «Лесная наука на рубеже ХХI века» (Беларусь, Гомель, Институт леса Беларуси, 1997), научной конференции «Проблемы лесоведения и лесоводства» (Беларусь, Гомель, Институт леса Беларуси, 2001), международной научной конференции «Мониторинг и состояние лесных и урбоэкосистем» (Мытищи, МГУЛ, 2002), международной конференции «Forests in transition II: Challenges in Strengthening of Capacities for Forest Policy Development in Countries with Economies in Transition» (Сербия и Черногория, Белград, 2004), I-м конгрессе защиты растений «Environmental concern and food safety» (Македония, Охрид, 2005), международной конференции «Biological methods in Integrated Plant Protection and Production» (Польша, Познань, 2006); заседаниях подсекции по защите леса НТС Госкомлеса СССР (1987-1990) и Рослесхоза (1992-2001). Система мероприятий по сохранению, повышению устойчивости и реабилитации лесов к промышленному загрязнению экспонировалась на международной выставке «Леспромбизнес – 2001» (Москва), выставках к коллегии МПР России (Москва, 2003), встрече Президента Российской Федерации с работниками лесного комплекса (Сыктывкар, 2006). Разработки в области экологического нормирования техногенного воздействия на леса удостоены диплома 8-й Международной специализированной выставки-ярмарки лесопродукции, машин, оборудования и материалов для лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности (Москва, 2006 г.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 67 научных работ, в том числе 3 монографии, 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертаций, 1 учебное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, включающего 399 наименований, в том числе 64 иностранных. Работа изложена на 380 стр., иллюстрирована 93 таблицами и 46 рисунками, имеет 2 приложения на 16 страницах.
